本帖最後由 尊 於 17-03-06 20:03 編輯
界面活性劑(Surfactant)
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化妝品的原料大致分為四大類：
第一類－基劑原料
第二類－賦型劑原料（其目的在增加乳化安定性，調整不同劑型的化妝製品，多為界面活性劑、稠化劑、分散劑等。）
第三類－機能性原料
第四類－輔助性原料
一、界面活性劑的定義與分類
1界面活性劑的定義
2形成界面活性劑的要件
3界面活性劑的分類
1-1界面活性劑的定義
•主要功用是降低互不相溶之兩成份彼此間的界面能。
•分子結構兼具備親水與親油端的特性，使得界面活性劑常用來減少化妝品油水界面的張力，各個成分能夠穩定共存，不會因油水分離而變質。
•界面活性劑應用於化妝品配方中，其目的有清潔、起泡、溶解、乳化、潤滑、懸浮及分散等。
1-2界面活性劑功用(清潔)
•清潔是界面活性劑最廣為熟知的功能之一，個人清潔用品，不論是肥皂、洗面皂、沐浴乳或洗髮精，陰離子界面活性劑幾乎是主要的基劑原料。
•清潔能力的好壞，不容忽視該界面活性劑的起泡性。
•雖然起泡量的多寡和清潔能力並沒有絕對的關係，但是對於消費者而言，這可能是評估產品優劣的一個指標。
1-3界面活性劑功用(其他)
•還有潤滑的效果，以頭髮製品而言，陽離子界面活性劑能夠使頭髮，光滑、柔軟並中和靜電力。
•就護膚產品而言，它能使皮膚摸起來光滑有滋潤感。
•次要功能尚有抗菌及增稠的功用。
2-1形成界面活性劑的要件
•具備一端為非極性的疏水性基團，屬於親油性構造；另一端為極性的親水性的基團。
•兩端親油基團與親水基團的份量要相當。
•兩端分子結構的份量均要夠大，才有同時降低油相與水相之間的界面能的功用。
3-1界面活性劑的種類(續)
依親水基團的電荷結構去分為四種類型：
•陰離子界面活性劑：例如COO- （親水基團為帶負電的陰離子基團）
•陽離子界面活性劑：例如NR4+（親水基團為帶正電的陽離子基團）
•兩性離子界面活性劑：例如NR4+COO- （親水基團同時帶正、負電的離子基團）
•非離子界面活性劑：聚乙氧基-(OCH2CH2)n–（親水基團為不帶電的極性聚合物基團）
3-2界面活性劑的刺激性
• 界面活性劑對皮膚都會產生刺激性，陽離子界面活性劑對皮膚的刺激性最強，其次是陰離子及兩性界面活性劑，非離子界面活性劑的刺激性最弱。
• 帶有電荷的界面活性劑容易造成皮膚的刺激性，不能停留於皮膚，較少使用於護膚保養品的配方當中。
• 刺激性最弱的是非離子界面活性劑，嬰兒用製品大都選用此類作為乳化劑。
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二、陰離子界面活性劑(ANIONIC SURFACTANTS)
1烷基硫酸酯鹽類(Alkyl sulfates)
•羧酸鹽類
•醯胺酸鹽類
•磷酸酯鹽類
•磺酸鹽類
陰離子界面活性劑
•親油性基團主要以長鏈烷基或異烷基為主。
•親水性基團在水中解離成帶負電的陰離子基團與其對應離子(Counter ion)的陽離子；
陰離子基團有硫酸酯、羧酸、醯胺酸、磷酸酯與磺酸等，對應離子有鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)與三乙醇銨離子。
烷基硫酸鹽類(Alkyl sulfates)
•分為烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽兩類型。
•烷基硫酸鹽(Alkyl sulfates; ROSO3-M+)；
1940年開始應用於化妝品當作清潔成分之配方，烷基碳數介於10~18之間。
主要用途為洗髮精、皮膚沐浴用品的清潔主劑，易溶於水且迅速起泡。
常搭配其它陰離子或非離子界面活性劑混合使用，以提高泡沫的穩定性、降低清潔劑對皮膚的脫脂力並增加產品的黏稠度。
常見烷基硫酸鹽原料
月桂(基)硫酸鈉；SLS (Sodium lauryl sulfate; SLS)
月桂(基)硫酸銨；ALS (Ammonium lauryl sulfate; ALS)
月桂(基)硫酸三乙醇銨；TLS (Triethanolamine lauryl sulfate; TLS)
聚氧乙烯烷基醚硫酸鹽
•Polyoxyethylene alkyl ether sulfates; R(OCH2CH2)nOSO3-M+
•由烷基醇與環氧乙烷(Ethylene oxide)產生聚合後再與硫酸或氯磺酸經酸化、與鹼進行中和後所產生的鹽類，乙氧基(OCH2CH2)n n=1~4
聚氧乙烯烷基醚硫酸鹽(續)
•較烷基硫酸鹽更易溶於水且不受硬水干擾。
•起泡快但泡沫量小於烷基硫酯鹽。
•對皮膚及眼粘膜的刺激性較小。
•同時兼具增稠作用，故常於嬰兒洗髮精、沐浴乳作為清潔主劑。
•常見的原料：
聚氧乙烯月桂(基)醚硫酸鈉(Sodium lauryl ether sulfate; SLES)
聚氧乙烯月桂(基)醚硫酸銨(Ammonium lauryl ether sulfate; ALES)
醯胺酸鹽類
•分為N-醯基麩胺酸gluatamate 、N-醯基肌胺酸sarcosinate、N-醯基牛磺酸鹽類taurate
•水溶液呈弱酸性(pH=5~6)
•屬於溫和的陰離子界面活性劑，經常使用於皮膚清潔用品及洗髮精，提供皮膚柔軟的感覺。
磺酸鹽類
•分為磺基琥珀酸、醯基磺酸酯鹽類。
•琥珀酸磺基為主的衍生物，對皮膚及眼睛的刺激性小，應用於洗髮精、泡沫沐浴乳與液體肥皂之配方中。
•其特性主要目的是降低其它陰離子型界面活性劑對皮膚的刺激性。
•廣泛使用於洗髮精及皮膚清潔用品。
•適用於合成清潔皂配方。
常見的原料：
•月桂磺基琥珀酸二鈉(Disodium lauryl sulfosuccinate)
•單椰子醯胺磺基琥珀酸二鈉(Disodium monococamido-sulfosuccinate)
•椰油磺酸酯鈉(sodium cocoly isethionate)
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三、陽離子界面活性劑（CATIONIC SURFACTANTS）
•四級銨鹽類
•乙氧化銨鹽類
•雜環四級銨鹽類
陽離子界面活性劑
•親油性基團主要還是以長鏈烷基或是異烷基為主。
•親水性基團在水中解離成帶正電的陽離子基團與其對應離子(Counter ion)的陰離子。
•常見的陽離子基團為四級銨鹽(quaternary ammonium salt)。
•對應離子則為鹵素離子，如氯離子。
陽離子界面活性劑
•具有抗靜電的能力，可柔軟髮質與潤溼皮膚，本身具有殺菌作用故用量不宜太高，一般以不超過2%為原則。
•常見陽離子界面活性劑:
四級銨鹽類
乙氧化銨類
雜環四級銨鹽
四級銨鹽類(Quaternaries)
•主要特徵是四級銨鹽構造即銨根離子。
•(NH4+)其中四個氫原子全數被烷基所取代。
•這些烷基有的是低碳數的甲基，有的是高碳數的脂肪烴(C10~C22)。
•性質隨著四個烷基之鏈的長短而變化。
常見的烷基銨陽離子界面活性劑
•十六烷基三甲基氯化銨（Cetyl trimethyl ammonium chloride; CTMAC）
•十八烷基三甲基氯化銨（Stearyl trimethyl ammonium chloride）
•兩者屬於典型的陽離子界面活性劑，常應用於洗髮精及潤絲精配方當中。
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四、兩性離子界面活性劑（AMPHOTERIC SURFACTANTS）
•甜菜鹼型
•咪唑啉型
•氧化銨型
兩性界面活性劑
•分子內的構造兼具有鹼性陰離子基團及酸性陽離子基團，在化妝品上的應用為清潔、起泡、潤溼、抗靜電、殺菌、穩定泡沫及增稠等作用，用途非常廣泛，其功用則端賴溶液的酸鹼性(pH值)而定。
兩性界面活性劑(續)
•鹼性環境兩性界面活性劑呈現陰離子界面活性劑的特性，具有清潔及起泡的功效。
•酸性環境中兩性界面活性劑呈現出陽離子界面活性劑的特性，具有潤溼、抗靜電及殺菌的功效。
•若在等電點時則不顯現其電性，故具有非離子界面活性劑的特性，具有穩定泡沫及增稠的效果。
兩性界面活性劑(續)
•其陰離子基團類似陰離子界面性劑，有硫酸酯、羧酸與磺酸等，對應離子則類似陽離子界面性劑，為四級銨鹽類。
•兩性界面性劑常與陰離子界面活性劑一起併用，能夠降低陰離子界面活性劑及其本身的刺激性。
•屬於比較溫和的界面活性劑，毒性小、又兼具陰陽離子多重功能，故使用於嬰兒清潔用品之配方設計。
甜菜鹼型(Betaine)
•最早是從甜菜或相關植物中萃取得到，具有調理髮膚及增稠的效果，進而研究發現該類成分具有兩性離子界面活性劑的功效。
•通常是稀釋成溶液販售，可直接加入含有陰離子界面活性劑配方中，增進該配方對髮膚的相容性。
•常見的兩性界面活性劑有：
月桂基二甲基甜菜鹼（Lauryl Betaine）
椰子醯胺丙基甜菜鹼（Cocamido Propyl Betaine）
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五、非離子界面活性劑 NONIONIC SURFACTENTS
•烷基乙醇醯胺型
•聚氧乙烯型
•Span & Tween系列
非離子界面活性劑
•其親水基部份不具電荷，相較其他類型之界面活性，其結構特徵必須具有較多的親水基團以平衡親水端與親油端的作用力。
•常用親水基團是極性官能基：
羥基(-OH)
醚基(-O-)
醯胺基(-CONH-)
酯基(-COOR)
非離子界面活性劑(續)
•溶解度變化很大，隨著親水基團碳鏈長短與氫氧基(羥基)數目多寡而異。
•調製乳化得宜的化妝製品，原料的親水親油平衡值(HLB)是一個重要指標。
•HLB值越大者，其親水性傾向越大；HLB值越小者，則親油性頃向越高。
Hydrophile Lipophile Balance（HLB）
•產品究竟是油包水(water in oil; W/O)或是水包油(oil in water; O/W)的劑型，端賴乳化原料之HLB值的選擇。
•依照HLB值不同，非離子界面活性劑功用有消泡劑、乳化劑、助溶劑、乳化安定劑及色料分散劑等。
烷基乙醇醯胺型（Alkanolamides）
•具有很好的增稠起泡能力，並能當作泡沫安定劑使用，去脂能力佳，適用於不同的酸鹼環境。
•搭配陰離子界面活性劑使用，為洗髮精、沐浴乳與液體肥皂常用配方成分。
•在較低pH環境中仍為良好乳化劑，常用於酸性燙髮劑中和劑及分散劑。
•常見成分：
椰(基)單乙醇醯胺(Cocamide MEA)
椰(基)二乙醇醯胺(Cocamide DEA)
聚氧乙烯型
•Polyoxyethylene; R-(CH2CH2O)n-OH
•由高級脂肪鏈與環氧乙烷進行縮合反應而產生的醚類化合物。
•由於聚合程度不同，可以調整出任意HLB值之乳化劑。
•功用有乳化、分散、去脂與清潔等。
常見成分
•月桂醇之聚乙二醇醚系列(Laureth)
•鯨蠟醇之聚乙二醇醚系列(Ceteth)
•硬脂醇之聚乙二醇醚系列(Steareth)
•聚乙(烯)二醇系列(Polyethylene glycol; PEG)
月桂醇之聚乙二醇醚系列(Laureth)
•月桂醇(Lauryl alcohol)與環氧乙烷進行乙氧縮合反應而產生的聚乙二醇醚聚合物(lauryl+ether=laureth)
•後面附加數字表示聚乙二醇中進行縮合的環氧乙烷單位之平均數，數字越大代表該聚合物的分子量越大，黏稠度亦隨之增加。
•室溫下依分子量大小以液態油脂或固態蠟存在。具有優越的乳化及溶解能力，可作為乳液面霜之乳化劑及香料的助溶劑。
鯨蠟醇之聚乙二醇醚系列(Ceteth)
•鯨蠟醇(Cetyl alcohol)與環氧乙烷進行乙氧縮合反應而產生的聚乙二醇醚聚合物。
•具有優越的乳化力及溶解力，功用為乳化劑及助溶劑。
•Ceteth-2 (HLB=5.3)適用於冷燙液、染髮劑及脫毛膏等毛髮製品，屬於W/O型乳化劑及助乳劑。
•Ceteth-20(HLB=15.7)同樣適用於冷燙液、染髮劑及脫毛膏等毛髮製品，屬於O/W型乳化劑。
硬脂醇之聚乙二醇醚系列(Steareth)
•硬脂醇(Stearyl alcohol)與環氧乙烷進行乙氧縮合反應而產生的聚乙二醇醚聚合物，附加數字表示聚乙二醇中進行縮合的環氧乙烷單位之平均數。
•具有優越的乳化力及溶解力，功用為乳化劑及助溶劑。例如Steareth-2(HLB=4.9)適用於皮膚、頭髮製品，功用為乳化劑及賦形劑，屬於W/O型乳化劑及O/W型助乳劑。
聚乙(烯)二醇系列(Polyethylene glycol; PEG)
•乙二醇與環氧乙烷進行聚合反應而產生的聚乙二醇聚合物，通常不是單一聚合物，而是混攙數種不同聚合度高分子的混合物。
•附加數字表示PEG之平均分子量或莫耳數。平均分子量為200~600之PEG(即PEG200~PEG600)變為黏稠狀液體，PEG600以上為半固體狀態。
•PEG可與高級脂肪酸加成產生非離子性界面活性劑，稱聚氧乙烯脂肪酸酯。
常見PEG系列界面活性劑及其HLB值
中文名稱／英文名稱／HLB值
月桂酸聚乙二醇－8酯／PEG-8 laurate／13.0
硬脂酸聚乙二醇-8酯／PEG-8 stearate／11.2
油酸聚乙二醇-8酯／PEG-8 oleate／11.6
二油酸聚乙二醇-8酯／PEG-8 dioleate／8.0
硬脂酸聚乙二醇-40酯／PEG-40 stearate／16.9
硬脂酸聚乙二醇-100酯／PEG-100 stearate／18.8
二硬脂酸聚乙二醇-150酯／PEG-150 distearate／18.4
Span & Tween系列
•美國Altas公司所開發之山梨(糖)醇酑酯(Sorbitan esters)型非離子界面活性劑，以Span商品名在市場銷售。
•由山梨醇與不同碳數的高級脂肪酸在強鹼高溫控制下反應生成之醇酑脂肪酯。此類型界面活性劑幾乎不溶於水，需搭配其他親水性乳化劑使用。
Span 系列
•Span 40化學結構與Span 20相似，以棕櫚酸(十六酸)取代月桂酸，因此Span 40之油溶性傾向加大，HLB值降低。
•Span 60是以硬脂酸(十八酸)取代，故油溶性傾向更高，HLB值較Span 40低。
•Span 80是以不飽和油酸(十八酸)取代，碳數與Span 60相同，兩者HLB值相近。
•Span系列產品是藉由改變脂肪鏈碳鏈長短來製造出不同油溶性傾向(HLB)之界面活性劑。
親水性Tween系列
•Tween是將Span系列中源自於山梨醇的羥基(-OH)再與聚氧乙烷(POE)進行縮合產生。
•POE後面的數字代表聚氧乙烷的聚合數目，所以POE 20即表示有20個環氧乙烷接在該分子上，相對加長了親水基團的強度。
•Tween系列非離子界面活性劑為大都為水溶性，其HLB值均較相對應的span系列高。
•Tween 20之HLB值最高，起泡性不佳，但由於刺激性非常小，常被用於嬰兒洗髮精之配方。
常見Span & Tween系列聚合物及其HLB值
商品名／中文名稱／英文名稱／HLB值
Span 20／單月桂酸山梨醇酑酯／Sorbitan monolaurate／8.6
Span 40／單棕櫚酸山梨醇酑酯／Sorbitan monopalmitate／6.7
Span 60／單硬脂酸山梨醇酑酯／Sorbitan monostearate／4.7
Span 65／三硬脂酸山梨醇酑酯／Sorbitan tristearate／2.1
Span 80／單油酸山梨醇酑酯／Sorbitan monooleate／4.3
Tween 20／單月桂酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan monolaurate／16.7
Tween 40／單棕櫚酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan monopalmitate／15.6
Tween 60／單硬脂酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan monostearate／14.9
Tween 65／三硬脂酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan tristearate／10.5
Tween 80／單油酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan monooleate／15.0／
Tween 85／三油酸聚山梨醇酑酯／POE 20 sorbitan trioleate／11.0
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